JP3027065B2

JP3027065B2 - 表示・撮像装置

Info

Publication number: JP3027065B2
Application number: JP5000395A
Authority: JP
Inventors: 真人久力; 員丈上平; 幸男高橋; 重信酒井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-01-06
Publication date: 2000-03-27
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: DE69324076D1; US5532736A; DE69324076T2; EP0581221A1; EP0581221B1; JPH0698320A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＴＶ電話やＴＶ会議シ
ステム等に用いられる表示装置と撮像装置が組み合わさ
った表示・撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像符号化技術等の通信技術の発
展より、遠隔地間を映像・音声通信網で結んだＴＶ電話
やＴＶ会議システム等の双方向映像通信が急速に普及し
てきている。今後は、ＩＳＤＮ網の充実と伝送網の高帯
域化等により、より高臨場感に溢れた映像がサービスで
きることが期待されている。

【０００３】図１５に、現在、双方向映像通信に用いら
れている一般的な表示・撮像装置を示す。この装置で
は、撮像装置２がＣＲＴディスプレイ等の表示装置１の
上面または側面にあり、使用者Ｍの撮像を行っている。
しかし、このような装置を利用する使用者Ｍは、通常、
表示装置１を見ているため、撮像装置２で撮像を行って
も、撮像装置２の方に視線を向けることはない。そのた
め、せっかくの高臨場感溢れる映像が送信可能となって
も、対話者同志の視線が一致しない不自然な会話になる
という欠点があった。

【０００４】そこで、視線一致を実現した小型で安価な
表示・撮像装置を構成するため、微小な半透鏡を複数組
み合わせて半透鏡を構成する方法が考案された（特開平
４−１５０６８４号）。図１６（ａ），（ｂ）に微小半
透鏡を組み合わせて構成した半透鏡の断面図、図１７に
その微小半透鏡を組み合わせた半透鏡を使用した場合の
表示・撮像装置の構成図を示す。半透鏡３′は微小半透
鏡８が多数組み合わせ配列されて、表示装置１の前面に
配置されている。撮像装置２はこの半透鏡３′の正面か
ら入射する光の反射方向に配置されている。図中のθは
微小半透鏡８の傾きを、ｄは半透鏡３′の厚みを示して
いる。このように構成すると、表示装置１の表示画像は
半透鏡３′を通して見ることができるとともに、図中に
示したように、入射光の一部が角度２θ方向に反射され
るので、その方向に配置された撮像装置２は使用者Ｍを
正面から撮像することができ、視線一致を実現すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の表示・撮像装置の微小半透鏡８は透過光に対しプリ
ズムとして作用するため、図１７で示したような構成で
は、表示画像を下向きに屈折させることになり、その結
果、上方から表示画面をのぞき込んでも、表示画面から
入ってくる光は少なくなって、画面が暗く見える問題が
あった。卓上型では高々１０インチ程度の比較的小さな
画面を用いるため、このような問題は生じないが、数１
０インチから数１００インチサイズの表示装置を用いる
場合には顕著となり、中央から下方にかけて輝度が大幅
に低下する。図１１に表示画面の中央部における縦方向
の輝度分布を示してある。図中の□が従来の微小半透鏡
アレイ３′を用いた場合である。この図より中央部から
下方にかけて輝度が低下していき、使用者がよく見る中
央付近では２０％程度最大輝度値より低下し、下方部で
は７０％以上も低下する輝度ムラが生じていることがわ
かる。そのため、ＴＶ会議システム等の大画面を必要と
する表示・撮像装置には単純には適用できなかった。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、ＴＶ会議システム等に
用いられ、微小半透鏡アレイを用いて視線一致を可能と
した大画面表示・撮像装置において、表示画像の輝度向
上および輝度ムラの改善を図り、表示画像の画質向上を
図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１から請求項３までに記載の発明では、表示
装置と撮像装置および該表示装置前方に配置した半透鏡
から構成され、前記表示装置前方の被写体を前記半透鏡
からの反射像として該表示装置の周囲に設置された前記
撮像装置により撮像を行う表示・撮像装置において、前
記半透鏡に複数の傾斜した微小半透鏡の組み合わせで構
成した微小半透鏡アレイを用い、かつ前記複数の傾斜し
た微小半透鏡が前記表示装置に表示された画像の光を集
光するように組み合わされている構成を基本としてい
る。

【０００８】

【０００９】

【作用】請求項１から請求項３までに記載の発明の表示
・撮像装置では、集光機能を持つように微小半透鏡を組
み合わせ配列した微小半透鏡アレイを表示装置の前面に
配置することによって、表示装置からの画像の光を使用
者の方向に集めることにより、表示画像の輝度向上を図
る。一方、微小半透鏡アレイの特定方向に反射する一部
の領域を使用者の撮像のために用いて、その使用者の正
面を撮像可能にし、視線一致を図る。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１２】〔実施例１〕図１に本発明の第１実施例の
表示・撮像装置に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）の
断面図を示す。上部では微小半透鏡８の反射する方向が
上向きに、下部では反射する光が下向きになるように、
微小半透鏡８が組み合わせ配列されて微小半透鏡アレイ
３が構成されている。透過光に対しては、微小半透鏡８
はプリズムとして作用するため、透過光を屈折させるこ
とになる。その際、図１に示した構成では上下方向にの
み、拡散光は平行光に、平行光は集光されることにな
る。いわば、透過光に対しては、シリンドリカルレンズ
と類似した作用を持つことになる。

【００１３】図２に本発明の第１実施例の表示・撮像装
置の構成図を示す。半透鏡には図１で示した構成の微小
半透鏡アレイ３を用い、この微小半透鏡アレイ３からの
被写体の反射像を天井等に据え付けられた撮像装置（カ
メラ）２で撮像するような構成となっている。使用する
撮像装置２の画角にも依るが、撮像に用いる範囲は、通
常、半透鏡全体を用いず、多くの場合は半透鏡の上半分
の領域を用いている。そのため、撮像画角内の領域およ
び撮像画角よりも上方の領域では撮像装置２の方向に像
が反射するよう微小半透鏡の向きを一定にし、撮像画角
よりも下方の領域では透過光が前方の使用者Ｍ（すなわ
ち被写体）の方に集まるように、撮像装置２とは反対方
向に像が反射するよう微小半透鏡の向きを一定にして、
微小半透鏡アレイ３を構成している。以上のような構成
により、数１０インチから数１００インチに至る大画
面，超大画面表示においても、撮像装置２が設置されて
いる反対側の画面の一端が暗くなるという欠点が是正で
きる。

【００１４】〔実施例２〕図３に本発明による表示・撮
像装置の第２実施例を示す。本実施例は、上記の第１実
施例において、撮像装置２への表示画面の映り込みを防
止した例である。そのために本実施例では、表示画面と
微小半透鏡アレイ３との間に偏光素子４ａを、および撮
像装置２の前方に偏光素子４ｂを、それぞれ設置してい
る。ここで、設置した偏光素子４ａ，４ｂの偏光方向
は、互いに直交する配置とする。このため、本実施例で
は表示画面からの光が撮像装置２内に入らず、表示画面
の映り込みがなくなる。また、前述のように使用者Ｍの
方に表示画面の光を集めるため、偏光素子４ａを設置し
ても表示画面の輝度低下が少なく、微小半透鏡アレイ３
および偏光素子４ａを設置しない時と同程度の明るさが
得られる。

【００１５】さらに、表示装置１に液晶ディスプレイま
たは液晶プロジェクタを用いた場合には、表示画面から
の光自体が偏光しているため、表示画面と微小半透鏡ア
レイ３の間に設置する偏光素子４ａが不要となり、さら
に表示画面を明るくすることができる。

【００１６】〔実施例３〕図４（ａ），（ｂ）に本発明
の第３実施例に用いる半透鏡および表示スクリーンの縦
断面図（ａ）と横断面図（ｂ）を、図５に本発明の表示
・撮像装置の第３実施例の構成図をそれぞれ示す。本実
施例は、表示装置１として投射装置７を架体内に配置し
表示画面を表示スクリーン５に投射する投射型表示装置
を用いた場合の適用例である。通常、投射型表示装置の
表示スクリーンはフレネルレンズ，拡散板（または拡散
層）およびレンチキュラーレンズから構成され、フレネ
ルレンズで投射光を集光し、表示画面の輝度を稼いでい
る。しかし、本発明に用いる微小半透鏡アレイ３自体に
も集光に近い効果が有るため、これを利用して、本実施
例はフレネルレンズを不要にする例を示す。図４では表
示スクリーン５の投射装置７側にあるフレネルレンズの
代りに、微小プリズムアレイ６を設置している。前述の
ように、図１で示したような微小半透鏡アレイ３では、
透過光に対し上下方向に光を集める特徴を有するため、
微小プリズムアレイ６は透過光を左右方向に光を集める
効果を持たせている。その結果、微小半透鏡アレイ３お
よび微小プリズムアレイ６により、フレネルレンズと同
様な輝度改善の効果を持つことになる。

【００１７】図６（ａ）〜（ｅ）に本発明の第３実施例
に用いる半透鏡の別の構成例を示す。図６に示したよう
に撮像に用いる範囲以外は、上部は上向きに反射する微
小半透鏡構造，右側部は右側に反射する微小半透鏡構
造，左側部は左側に反射する微小半透鏡構造，下部は下
向きに反射する微小半透鏡構造にすることにより、表示
画面からの光が使用者Ｍ方向に全て集められることにな
り、表示スクリーンの投射型表示装置側１にあるフレネ
ルレンズや図５に示した微小プリズムアレイ６の設置が
不要になる。図６（ａ）の場合、中央部の撮像に用いる
領域は、上向きに反射する微小半透鏡８で構成している
が、これは上部に撮像装置を設置した場合に対応した例
であり、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）のように下向き，
左側，右側にそれぞれ反射する微小半透鏡８で構成して
も同じである。ただし、その場合には撮像装置２が下
部，左部，右部にそれぞれ設置されることになる。ま
た、図６（ｅ）で示した例では、上部，左側部，右側部
に同時に３台の撮像装置２を設置して、微小半透鏡アレ
イ３の中央部，左部，右部での反射像をそれぞれ撮像す
れば、異なる方向の画像を複数撮像することが可能とな
るため、使用者の用途に応じて表示装置側で表示する画
面を切り替えたり、マルチ画面表示に対応させることも
できる。

【００１８】〔実施例４〕図７（ａ），（ｂ）に本発明
の第４実施例の表示・撮像装置に用いる半透鏡（微小半
透鏡アレイ）の断面図を示す。本実施例は、上記実施例
において表示画面中央部の輝度低下を緩和する例を示す
ものである。図１で示した構造では、中央部のいわゆる
使用者Ｍが正面から観る領域では前述のように表示画面
からの光が屈折により下向きとなるため、使用者Ｍの方
に来る光が減り、表示画面の輝度が低下する欠点があっ
た。それに対し、図７（ａ）に示す実施例の微小半透鏡
アレイ３では、撮像に用いる微小半透鏡アレイ３の中央
部に平坦な部分を設けることにより、その平坦な部分で
は透過光が屈折しないことを利用して、使用者Ｍの方に
来る光が増すようにし、表示画面の輝度低下を緩和して
いる。

【００１９】また、図７（ｂ）に示す実施例では、撮像
に用いる微小半透鏡アレイ３の中央部の裏面に微小プリ
ズムを形成している。この微小プリズムは、微小半透鏡
８を光が透過する際に屈折する方向とは逆向きに屈折す
るように構成されているため、微小半透鏡アレイ３の中
央部では入射光と出射光が平行となり、使用者Ｍの方へ
光が来るようになり、表示画面の輝度低下が緩和され
る。

【００２０】上記実施例では、微小半透鏡アレイ３によ
り、中央部での表示画面の輝度改善を試みたが、投射型
表示装置を用いる場合には、図８（ａ）に示すように光
軸が屈折したフレネルレンズを、表示スクリーン５を構
成するフレネルレンズ５ａに用いることにより、中央部
のみ表示画面からの光をある角度で入射させ、微小半透
鏡８を透過する際に使用者Ｍの方へ屈折させて、表示画
面の輝度低下を緩和することができる。さらに、フレネ
ルレンズの構造を変えずに、図８（ｂ）に示すように、
投射装置７の投射方向を調整し、微小半透鏡アレイ３の
中央部から出射される光を使用者Ｍの方へ来るように
し、表示画面の輝度低下を緩和することもできる。ただ
し、撮像に用いない領域については、上記の構成に応じ
て微小半透鏡の構成を変えることは当然必要である。

【００２１】以上の実施例では、被写体の反射像を上向
きに反射する構成の微小半透鏡アレイ３を用いた場合に
ついて述べてきたが、下向きまたは左，右向きに反射す
る構成をとった微小半透鏡アレイ３を用いても、同様な
効果があることは言うまでもない。

【００２２】以下、本発明に関連して、表示・撮像装置
における表示画面の輝度低下を緩和するための参考例を
示す。〔参考例１〕図９に第１参考例の表示・撮像装置に用いる半透鏡（微
小半透鏡アレイ３）の断面図を、図１０に本参考例によ
る表示・撮像装置の構成図を示す。微小半透鏡アレイ３
の裏面（透過面）３ｂは前面（反射面）３ａと同じ形状
であり、裏面３ｂと前面３ａとが平行になるようにして
ある。そのため、裏面３ｂから入射した光、すなわち表
示画像は屈折により下方に曲ることはなく、下方にやや
シフトするものの入射光と平行方向に出射することにな
る。その結果、表示画面の中央から下方にかけて生じる
輝度低下がなくなる。図１１に示した輝度分布の〇は本
参考例による微小半透鏡アレイ３を用いた場合で、中央
部が最大値をとり対称形をしており、通常の表示装置１
の輝度分布とほぼ同じである。この図より、従来の微小
半透鏡アレイ３′（図１７）を用いたことによって生じ
る輝度低下や輝度ムラを改善できることがわかる。

【００２３】〔参考例２〕図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に第２参考例の表示・撮
像装置に用いる微小半透鏡アレイの別の断面図を示す。
図９で示した断面図では裏面を向い合う表面と平行にし
たものであったが、本参考例では位置により裏面の傾き
ψを変えてある。裏面の傾きを変えることにより、図１
２（ｂ）に示した微小半透鏡アレイ３から出射する法線
方向に対する角度αを裏面を傾けない場合（図１２
（ａ））のα′以下に変えることができる。例えば、表
面の反射面の傾きがθ、微小半透鏡アレイ３の屈折率を
ｎとすれば、αとψとの関係は屈折の法則により、 α＝ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎ（θ−ψ＋ψ′））−θ 但し、ｓｉｎφ′＝ｓｉｎφ／ｎである。その結果、図１２（ｃ）で示したような構造に
より、表面の反射面の角度を変えることなしに、表示画
面からの光を使用者方向に集光することが可能となり、
表示画面の輝度向上、輝度分布の改善を図ることができ
る。なお、図中では５段階に裏面の傾きを変化させた場
合を示してあるが、フレネルレンズのようにもっと傾き
を細かく変化させれば、原理的には輝度分布のムラをな
くせることは明らかである。

【００２４】〔参考例３〕図１３に第３参考例の表示・撮像装置に用いる微小半透
鏡アレイ３の別の断面図を示す。本参考例における微小
半透鏡３は２つの斜面より構成され、前面の一方の斜面
（反射面）３ｃを、被写体の像を反射させるべく反射率
を高くし、他方の斜面（透過面）３ｄを、表示画像を透
過させるべく反射率を低くする。本参考例では一方の斜
面３ｃは全反射コーティングが施された像の反射に、他
方の斜面３ｄにはコーティングはせず透明のままで表示
像の透過にそれぞれ用いる。また、裏面は前面と同じ２
つの斜面から構成され透過面の前面と裏面は前述の第１
参考例と同じく面間は平行にしてある。そのため、前面
構造が図１３に示したように複雑であっても、屈折効果
が緩和され、透過光は入射光に対し平行に出射する。

【００２５】第１参考例の構造では、反射面の反射率を
上げないと、すなわち透過率を下げないと、撮像装置２
により表示装置１の表示画面の映り込みを防止できず、
表示輝度が低下する欠点があった。それに対し、本参考
例の構造では反射面の透過率を下げても、透過面の存在
により大幅な低下が生じない利点がある。例えば、反射
面の傾きθを２５°、透過面の傾きφを５０°とした場
合では、透過率を約４０％にすることができ、θを３０
°、φを６０°とした場合では、約５０％にできる。図
１１で示した●は、本参考例の微小半透鏡アレイ３を用
いた場合に輝度分布を示し、分布の形には大きな相違は
ないが、輝度値自体が全体的に向上していることがわか
る。なお、透過面の傾きφを大きくすることにより透過
率を向上できるが、φを２θ以下にしないと表示面の映
り込みが生じる。

【００２６】上記第３参考例では、微小半透鏡アレイ３
全体に渡って、反射面３ｃおよび透過面３ｄを形成した
が、図１４に示すように、実際は反射面３ｃを設けるの
は撮像に用いる領域３ｆ（図例では中央部分）だけでよ
く、撮像に用いない領域３ｇ（図例では上下部分）では
反射面の代りに遮光面３ｅを形成しても、すなわち全反
射コーティングの代りに黒色膜コーティングを行ったり
散乱層を形成したりしても、上記参考例と同様の効果が
得られることは言うまでもない。また、反射面３ｃを鏡
とし、透過面３ｄを透明にすれば、反射率の向上ととも
に、より一層の表示画面の輝度向上が図れる。図１０に
示したような構成では表示画面の下方を見た際に、使用
者Ｍが反射面からの反射光を見てしまい表示画質が劣化
する恐れがあるが、この場合には前記の反射を無くすこ
とができるため、表示画質劣化を防ぐ利点がある。

【００２７】なお、本発明は大画面のみならず卓上型の
比較的小さな画面を用いる表示・撮像装置にも適用可能
である。以上で示したように本発明は、その主旨に沿っ
て種々に応用され、種々の実施態様を取り得るものであ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表示・撮
像装置は、視線一致を実現し、微小半透鏡の透過光特性
を用いて、表示画面の輝度向上が図れるとともに、表示
装置に投射型表示装置を用いた際、微小半透鏡アレイ３
の構成により、表示スクリーンを構成するフレネルレン
ズが不要となる。また、請求項２の発明では、特に偏光
素子を用いることにより、撮像画像への表示画像の映り
込みを防止するとともに、偏光素子を設置することによ
る表示画面の輝度低下を緩和できる利点もある。また、
請求項３の発明によれば、特に、投射型表示装置に適用
した場合において、微小半透鏡アレイの集光機能を利用
して、表示スクリーンのフレネルレンズを省略できる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の表示・撮像装置に用いる
半透鏡（微小半透鏡アレイ）の断面図

【図２】上記第１実施例の表示・撮像装置の構成図

【図３】本発明の第２実施例の表示・撮像装置の構成図

【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例の表示・
撮像装置に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）および表
示スクリーンの縦断面図と横断面図

【図５】上記第３実施例の表示・撮像装置の構成図

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は上
記第３実施例に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）の別
の構成例を示す図

【図７】（ａ），（ｂ）は本発明の第４実施例の表示・
撮像装置に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）の断面図

【図８】（ａ），（ｂ）は上記第４実施例を投射型表示
装置に適用した場合の表示画面中央部の輝度低下の緩和
を図った表示・撮像装置の概略図

【図９】本発明に関連する第１参考例の表示・撮像装置
に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）の断面図

【図１０】上記第１参考例の表示・撮像装置の構成図

【図１１】参考例および従来例による表示画面の輝度分
布図

【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に関連する
第２参考例の表示・撮像装置に用いる半透鏡（微小半透
鏡アレイ）の説明図および断面図

【図１３】本発明に関連する第３参考例の表示・撮像装
置に用いる半透鏡（微小半透鏡アレイ）の断面図

【図１４】上記第３参考例の変形例を示す半透鏡の構成
図

【図１５】従来の一般的な表示・撮像装置の構成図

【図１６】（ａ），（ｂ）は微小半透鏡を組み合わせた
従来の半透鏡の構成図

【図１７】上記従来の半透鏡を用いた従来の表示・撮像
装置の構成図

【符号の説明】

１…表示装置２…撮像装置３…微小半透鏡アレイ４…偏光素子５…表示スクリーン６…微小プリズムアレイ７…投射装置８…微小半透鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井重信東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平４−150684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/10 H04N 7/14 - 7/173 H04N 7/20 - 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表示装置と撮像装置および該表示装置前
方に配置した半透鏡から構成され、前記表示装置前方の
被写体を前記半透鏡からの反射像として該表示装置の周
囲に設置された前記撮像装置により撮像を行う表示・撮
像装置において、前記半透鏡に複数の傾斜した微小半透
鏡の組み合わせで構成した微小半透鏡アレイを用い、か
つ前記複数の傾斜した微小半透鏡が前記表示装置に表示
された画像の光を集光するように組み合わされているこ
とを特徴とする表示・撮像装置。
【請求項２】請求項１記載の表示・撮像装置におい
て、表示画像をある方向に偏光させる手段および撮像装
置で撮像される画像を表示画像の偏光方向とは直交する
方向に偏光させる手段を有することを特徴とする表示・
撮像装置。
【請求項３】請求項１または２記載の表示・撮像装置
において、表示装置に投射装置とフレネルレンズを有す
る表示スクリーンから構成される投射型表示装置を用
い、前記表示スクリーンを構成するフレネルレンズの代
りに微小プリズムアレイを用い、該微小プリズムアレイ
が微小半透鏡アレイと直交するように前記表示スクリー
ン上に構成されたことを特徴とする表示・撮像装置。